Con người khai thác các nguồn nước tự nhiên để cung cấp nước cho các nhu cầu sinh hoạt và sản xuất. Sau khi sử dụng nước bị nhiễm bẩn do chứa nhiều vi trùng và các chất thải khác. Nếu không được xử lư trước khi thải vào các nguồn nước công cộng, chúng sẽ làm ô nhiễm môi trường. V́ vậy nước thải trước khi thải vào sông, hồ (nguồn nước) cần phải được xử lư thích đáng. Mức độ xử lư phụ thuộc vào nồng độ bẩn của nước thải; khả năng pha loăng giữa nước thải với nước nguồn và các yêu cầu về mặt vệ sinh, khả năng tự làm sạch của nguồn nước.
1 Mục lục A Thành phần nước thải …………………………………………………3 B Các chất nhiễm nước thải 1) Nhu cầu oxi sinh hóa (BOD) …………………………………… 2) Nhu cầu oxi hóa học (COD) …………………………………… 3) pH dung dịch ……………………………………………….9 4) Các loại muối ………………………………………………… 10 5) Chất rắn nước thải…………………………………………10 6) Các kim loại độc hợp chất hữu độc nước thải…… 12 7) Sự tiêu thụ oxi………………………………………………… 12 8) Nhiệt …………………………………………………………….13 9) Màu …………………………………………………………… 14 10) Các chất tạo bọt………………………………………………….14 11) Các chất gây trở ngại…………………………………………….14 12) Vi khuẩn VSV khác nước thải…………………………15 C Ước lượng tải lượng nhiễm nước thải Tải lượng chất gây nhiễm …………………………………21 Nồng độ chất gây nhiễm ………………………………….22 Dân số tương đương …………………………………………… 23 D Các yếu tố cần thiết để lựa chon thơng số xử lý……………………… 23 E Sơ đồ quy trình xử lý……………………………………………………25 F Các phương pháp xử lý I Song chắn rác…………………………………………………… 28 Chức cấu tạo…………………………………………28 Mở rộng kênh nơi đặt song chắn…………………………… 29 Kích thước song chắn…………………………………………29 II Bể lắng cát……………………………………………………… 31 Chức vị trí……………………………………………31 Các cơng thức tính…………………………………………….34 Bể lắng cát có sục khí ……………………………………… 38 Bể lắng cát đứng có dòng chảy xốy………………………… 38 III Bể điều lưu……………………………………………………….38 Thành phần nước thải sinh hoạt biến động………………38 Các loại nước thải khác…………………………………………40 Các bước tiến hành…………………………………………… 40 IV Lưu lượng kế……………………………………………………….44 V Khuấy trộn………………………………………………………… 44 VI Bể lắng sơ cấp………………………………………………………48 Ảnh hưởng nhiệt độ………………………………………….50 Ảnh hưởng cặn lắng…………………………………………51 VII Bể lọc hạt lọc…………………………………………….51 VIII Bể tuyển nổi……………………………………………………….54 IX Bể lọc sinh học nhỏ giọt…………………………………………… 55 Phương pháp hấp phụ………………………………… 59 X Keo tụ tạo bơng………………………………………………… 60 XI Sơ lược q trình xử lý nước VSV……………………… 61 Q trình hiếu khí, tùy nghi…………………………………… 61 Q trình yếm khí……………………………………………….64 • Q trình hiếu khí, yếm khí…………………………… 68 • Các thiết bị xử lý hiếu khí……………………………… 69 • Bể bùn hoạt tính………………………………………….70 • Đĩa tiếp xúc sinh học…………………………………… 79 XII Phương pháp kết tủa……………………………………………… 82 XIII Phương pháp quang xúc tác……………………………………….87 XIV Phương pháp oxi hóa …………………………………………… 89 XV Q trình nitrat, nitric hóa………………………………………….92 Q trình nitrát………………………………………………… 92 Q trình khử nitrát…………………………………………… 93 XVI Phương pháp khử trùng… ……………………………………….93 G Tái sử dụng………………………………………………………… 98 Sản xuất nơng nghiệp……………………………………………98 Sản xuất biogas………………………………………………… 98 Sản xuất thủy sản……………………………………………… 99 Tái sử dụng gián tiếp…………………………………………….99 H Quản lý nguồn nước………………………………………………….99 QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI TỰ NHIÊN…………………… 105 I Q trình tự làm nguồn nước… ……………………… 105 Q trình tự làm nguồn nước………………………… 105 Q trình xáo trộn nước thải…………………………………106 II Q trình xử lý nước thải thủy sinh vật………………….106 Xử lý tảo……………………………………………… 106 Quy trình thiết kế…………………………………………… 108 Xử lý sinh vật có kích thước lớn……………………109 Các lồi sinh vật chính……………………………………… 109 III Cánh đồng chảy tràn… ……………………………………… 112 IV Cánh đồng lọc………………………………………………… 115 Xử lý nước thải cánh đồng lọc……….…………………115 • Cánh đồng lọc chậm……………………………………117 • Cánh đồng lọc nhanh………………………………… 120 A THÀNH PHẦN NƯỚC THẢI Trên b́nh diện tồn cầu, nước tài ngun vơ phong phú nước hữu dụng với người nơi, chỗ, dạng đạt chất lượng theo u cầu Hơn 99% trữ lượng nước giới nằm dạng khơng hữu dụng đa số mục đích người độ mặn (nước biển), địa điểm, dạng (băng hà) Phân bố dạng nước Trái đất Địa điểm Diện tích (km2) Tổng thể tích nước (km3) % tổng lượng nước Các đại dương biển (nước mặn) 361.000.000 1.230.000.000 97.2000 Khí (hơi nước) 510.000.000 12.700 0,0010 - 1.200 0,0001 130.000.000 4.000.000 0,3100 855.000 123.000 0,0090 28.200.000 28.600.000 2.1500 Sơng, rạch Nước ngầm (đến độ sâu 0,8 km) Hồ nước Tảng băng băng hà Nguồn: US Geological Survey Con người khai thác nguồn nước tự nhiên để cung cấp nước cho nhu cầu sinh hoạt sản xuất Sau sử dụng nước bị nhiễm bẩn chứa nhiều vi trùng chất thải khác Nếu khơng xử lư trước thải vào nguồn nước cơng cộng, chúng làm nhiễm mơi trường V́ nước thải trước thải vào sơng, hồ (nguồn nước) cần phải xử lư thích đáng Mức độ xử lư phụ thuộc vào nồng độ bẩn nước thải; khả pha loăng nước thải với nước nguồn u cầu mặt vệ sinh, khả "tự làm nguồn nước" Theo qui định bảo vệ mơi trường Việt Nam, nhiễm nước việc đưa vào nguồn nước tác nhân lư, hóa, sinh học nhiệt khơng đặc trưng thành phần hàm lượng mơi trường ban đầu đến mức có khả gây ảnh hưởng xấu đến phát triển b́nh thường loại sinh vật thay đổi tính chất lành mơi trường ban đầu Theo định nghĩa khác "Ơ nhiễm nước mặt diễn đưa q nhiều tạp chất, chất khơng mong đợi, tác nhân gây nguy hại vào nguồn nước, vượt khỏi khả tự làm nguồn nước này" Để thiết kế cơng tŕnh xử lư nước thải, trước tiên phải biết đặc điểm, thành phần chất gây nhiễm Các đặc điểm lý học, hóa học sinh học nước thải nguồn sinh Đặc điểm Nguồn Lý học • Màu Nước thải sinh hoạt hay cơng nghiệp, thường phân hủy chất thải hữu • Mùi Nước thải cơng nghiệp, phân hủy nước thải • Chất rắn Nước cấp, nước thải sinh hoạt cơng nghiệp, xói ṃòn đất • Nhiệt Nước thải sinh hoạt, cơng nghiệp Hóa học • Carbohydrate Nước thải sinh hoạt, thương mại, cơng nghiệp • Dầu, mỡ Nước thải sinh hoạt, thương mại, cơng nghiệp • Thuốc trừ sâu Nước thải nơng nghiệp • Phenols Nước thải cơng nghiệp • Protein Nước thải sinh hoạt, thương mại, cơng nghiệp • Chất hữu bay Nước thải sinh hoạt, thương mại, cơng nghiệp • Các chất nguy Nước thải sinh hoạt, thương mại, cơng nghiệp hiểm • Các chất khác Do phân hủy chất hữu nước thải tự nhiên • Tính kiềm Chất thải sinh hoạt, nước cấp, nước ngầm • Chlorides Nước cấp, nước ngầm • Kim loại nặng Nước thải cơng nghiệp • Nitrogen Nước thải sinh hoạt, cơng nghiệp • pH Nước thải sinh hoạt, thương mại, cơng nghiệp • Phosphorus Nước thải sinh hoạt, thương mại, cơng nghiệp; rửa trơi • Sulfur Nước thải sinh hoạt, thương mại, cơng nghiệp; nước cấp • Hydrogen sulfide Sự phân hủy nước thải sinh hoạt • Methane Sự phân hủy nước thải sinh hoạt • Oxygen Nước cấp, trao đổi qua bề mặt tiếp xúc khơng khí - nước Sinh học • Động vật Các ḍạng chảy hở hệ thống xử lý • Thực vật Các ḍạng chảy hở hệ thống xử lý • Eubacteria Nước thải sinh hoạt, hệ thống xử lý • Archaebacteria Nước thải sinh hoạt, hệ thống xử lý • Viruses Nước thải sinh hoạt, hệ thống xử lý Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991 Các chất nhiễm quan trọng cần ý đến q tŕnh xử lý nước thải Chất gây nhiễm Các chất rắn lơ lửng Ngun nhân xem quan trọng Tạo nên bùn lắng mơi trường yếm khí nước thải chưa xử lý thải vào mơi trường Biểu thị đơn vị mg/L Các chất hữu Bao gồm chủ yếu carbohydrate, protein chất béo Thường phân hủy đo tiêu BOD COD Nếu thải thẳng vào nguồn nước, q đường sinh học tŕnh phân hủy sinh học làm suy kiệt oxy ḥòa tan nguồn nước Các mầm bệnh Các bệnh truyền nhiễm lây nhiễm từ vi sinh vật gây bệnh nước thải Thơng số quản lư MPN (Most Probable Number) Các dưỡng chất N P cần thiết cho phát triển sinh vật Khi thải vào nguồn nước làm gia tăng phát triển lồi khơng mong đợi Khi thải với số lượng lớn mặt đất gây nhiễm nước ngầm Các chất nhiễm nguy Các hợp chất hữu hay vơ có khả gây ung thư, biến dị, thai hại dị dạng gây độc cấp tính Các chất hữu khó phân hủy Khơng thể xử lý biện pháp thơng thường Ví dụ nơng dược, phenols Kim loại nặng Có nước thải thương mại cơng nghiệp cần loại bỏ tái sử dụng nước thải Một số ion kim loại ức chế q tŕnh xử lý sinh học Chất vơ ḥa tan Hạn chế việc sử dụng nước cho mục đích nơng, cơng nghiệp Nhiệt Làm giảm khả băo ḥòa oxy nước thúc đẩy phát triển thủy sinh vật Ion hydrogen Có khả gây nguy hại cho TSV Nguồn: Wastewater Engineering: Treatment, Diposal, Reuse, 1989 Low-maintenance Mechanically Simple Wastewater Treatment systems, 1980 Ở thành phố có nhiều nhà máy, khu cơng nghiệp, nước thải cơng nghiệp ảnh hưởng lớn đến thành phần nước thải chung thành phố, thị trấn chứa nhiều chất gây nhiễm nồng độ cao tùy theo nhà máy thành phần chất gây nhiễm phức tạp Do để giảm thiểu chi phí cho việc quản lý xử lý, nhà máy cần phải có hệ thống xử lý riêng để nước thải thải vào nguồn nước cơng cộng phải đạt đến tiêu chuẩn cho phép Các loại chất thải nguồn thải Loại chất thải Từ cống rănh, kênh nước Từ nguồn chảy tràn Nước thải sinh hoạt Nước thải cơng nghiệp Chảy tràn từ khu sx nơng nghiệp Chảy tràn khu vực thành thị Các chất thải cần oxy để phân hủy ´ ´ ´ ´ Dưỡng chất ´ ´ ´ ´ Các mầm bệnh ´ ´ ´ ´ Chất rắn lơ lửng/cặn lắng ´ ´ ´ ´ Muối ´ ´ ´ Kim loại độc ´ Chất hữu độc ´ Nhiệt ´ ´ ´ B CÁC CHẤT Ơ NHIỄM TRONG NƯỚC THẢI 1.Nhu cầu oxi sinh hóa (BOD) Nhu cầu oxy sinh hóa lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hóa chất hữu khoảng thời gian xác định ký hiệu BOD tính mg/L Chỉ tiêu BOD phản ánh mức độ nhiễm hữu nước thải BOD lớn nước thải (hoặc nước nguồn) bị nhiễm cao ngược lại Thời gian cần thiết để vi sinh vật oxy hóa hồn tồn chất hữu kéo dài đến vài chục ngày tùy thuộc vào tính chất nước thải, nhiệt độ khả phân hủy chất hữu hệ vi sinh vật nước thải Để chuẩn hóa số liệu người ta thường báo cáo kết dạng BOD5 (BOD ngày 20oC) Mức độ oxy hóa chất hữu khơng theo thời gian Thời gian đầu, q trình oxy hóa xảy với cường độ mạnh sau giảm dần Ví dụ: nước thải sinh hoạt nước thải số ngành cơng nghiệp có thành phần gần giống với nước thải sinh hoạt lượng oxy tiêu hao để oxy hóa chất hữu vài ngày đầu chiếm 21%, qua ngày đêm chiếm 87% qua 20 ngày đêm chiếm 99% Để kiểm tra khả làm việc cơng trình xử lý nước thải người ta thường dùng tiêu BOD5 Khi biết BOD5 tính gần BOD20 cách chia cho hệ số biến đổi 0,68 BOD20 = BOD5 : 0,68 Hoặc tính BOD cuối biết BOD thời điểm người ta dùng cơng thức: BODt = Lo (1 - e-kt) hay BODt = Lo (1 - 10-Kt) BODt: BOD thời điểm t (3 ngày, ngày ) Lo: BOD cuối k: tốc độ phản ứng (d-1) tính theo hệ số e K: tốc độ phản ứng (d-1) tính theo hệ số 10, k = 2,303(K) Giá trị K k tiêu biểu cho số loại nước thải K (20oC) (day-1) k (20oC) (day-1) Nước thải thơ 0,15 ¸ 0,30 0,35 ¸ 0,70 Nước thải xử lý tốt 0,05 ¸ 0,10 0,12 ¸ 0,23 Nước sơng bị nhiễm 0,05 ¸ 0,10 0,12 ¸ 0,23 Loại nước thải Để tính giá trị k nhiệt độ T ta có cơng thức Giải: • Xác định BOD cuối BODt = Lo (1 - e-kt) 200 mg/L = Lo (1 - e-0,23 × ) Lo = 293 mg/L • Xác định BOD ngày thứ BODt = Lo (1 - e-kt) BODt = 60 mg/L Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand, COD) Chỉ tiêu BOD khơng phản ánh đầy đủ lượng tổng chất hữu nước thải, chưa tính đến chất hữu khơng bị oxy hóa phương pháp sinh hóa chưa tính đến phần chất hữu tiêu hao để tạo nên tế bào vi khuẩn Do để đánh giá cách đầy đủ lượng oxy cần thiết để oxy hóa tất chất hữu nước thải người ta sử dụng tiêu nhu cầu oxy hóa học Để xác định tiêu này, người ta thường dùng potassium dichromate (K2Cr2O7) để oxy hóa hồn tồn chất hữu cơ, sau dùng phương pháp phân tích định lượng cơng thức để xác định hàm lượng COD Khi thiết kế cơng trình xử lý nước thải cơng nghiệp hỗn hợp nước thải sinh hoạt cơng nghiệp cần thiết phải xác định BOD COD pH nước thải pH nước thải có ý nghĩa quan trọng q trình xử lý Các cơng trình xử lý nước thải áp dụng q trình sinh học làm việc tốt pH nằm giới hạn từ ÷ 7,6 Như biết mơi trường thuận lợi để vi khuẩn phát triển mơi trường có pH từ ÷ Các nhóm vi khuẩn khác có giới hạn pH hoạt động khác Ví dụ vi khuẩn nitrit phát triển thuận lợi với pH từ 4,8 ÷ 8,8, vi khuẩn nitrat với pH từ 6,5 ÷ 9,3 Vi khuẩn lưu huỳnh tồn mơi trường có pH từ ÷ Ngồi pH ảnh hưởng đến q trình tạo bơng cặn bể lắng cách tạo bơng cặn phèn nhơm 105 • Q trình khống hố chất hữu nhiễm bẩn nguồn nước Do hai q trình nồng độ chất nhiễm đưa vào nguồn nước sau thời gian giảm xuống đén mức Đối với nguồn nước có dòng chảy (sơng) nước thải pha lỗng với nguồn nước theo dòng chảy đổ biển hay nơi Qng đường có chia thành vùng sau: • • Vùng miệng cống xả nước thải Vùng phục hồi lại trạng thái bình thường Q trình tự làm kết thúc Hoặc: • • Vùng nhiểm bẩn nặng Hàm lượng oxy hào tan nguồn đạt giá trị nhỏ Vùng phục hồi lại trạng thái bình thường Q trình tự làm kết thúc Khả tự làm nguồn nước phụ thuộc vào nhiều nhân tố: quan trọng lưu lượng nguồn nước, mặt thống nguồn nước, độ sâu nguồn nước, nhiệt độ Để xác định mức độ cần thiết làm nước thải trước cho xả nguồn nước, cần đánh giá xác khả tự làm nguồn nước cách tiến hành nghiên cứu cẩn thận thuỷ văn, thuỷ sinh thành phần hố lý nguồn nước Phân chia vùng dòng chảy theo khả tự làm nguồn nước 2.Q trình xáo trộn nước thải với nước nguồn Khi xác định mức độ xáo trộn nước thải với nước sơng khơng lấy tồn lưu lượng nước sơng để túnh khía cạnh cống xả q trình xáo trộn chưa thể đạt hồn tồn đạt mà đạt hồn tồn khoảng cách xa cống xả mặt khác, tỉ lệ lưu lượng nước thải lưu lượng nươvs nguồn lớnthì khoảng cách từ cống xả đén điểm tính tốn (là nơi thực q trình xáo trộn hồn tồn) lớn II.XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG THỦY SINH THỰC VẬT 105 106 1.Xử lý nước thải tảo Tảo nhóm vi sinh vật có khả quang hợp, chúng dạng đơn bào (vài lồi có kích thước nhỏ số vi khuẩn), đa bào (như lồi rong biển, có chiều dài tới vài mét) Các nhà phân loại thực vật dựa loại sản phẩm mà tảo tổng hợp chứa tế bào chúng, loại sắc tố tảo để phân loại chúng Một số lồi tảo tiêu biểu Tảo có tốc độ sinh trưởng nhanh, chịu đựng thay đổi mơi trường, có khả phát triển nước thải, có giá trị dinh dưỡng hàm lượng protein cao, người ta lợi dụng đặc điểm tảo để: • • 106 Xử lý nước thải tái sử dụng chất dinh dưỡng Các hoạt động sinh học ao ni tảo lấy chất hữu dinh dưỡng nước thải chuyển đổi thành chất dinh dưỡng tế bào tảo qua q trình quang hợp Hầu hết loại nước thải thị, nơng nghiệp, phân gia súc xử lý hệ thống ao tảo Biến lượng mặt trời sang lượng thể sinh vật Tảo dùng lượng mặt trời để quang hợp tạo nên đường, tinh bột Do việc sử dụng tảo để xử lý nước thải coi phương pháp hữu hiệu để chuyển đổi lượng mặt trời thành lượng thể sống 107 Tiêu diệt mầm bệnh Thơng qua việc xử lý nước thải cách ni tảo mầm bệnh có nước thải bị tiêu diệt yếu tố sau đây: Sự thay đổi pH ngày ao tảo ảnh hưởng q trình quang hợp Các độc tố tiết từ tế bào tảo Và tiếp xúc mầm bệnh với xạ mặt trời (UV) • Thơng thường người ta kết hợp việc xử lý nước thải sản xuất thu hoạch tảo để loại bỏ chất hữu nước thải Tuy nhiên tảo khó thu hoạch (do kích thước nhỏ), đa số có thành tế bào dày động vật khó tiêu hóa, thường bị nhiễm bẩn kim loại nặng, thuốc trừ sâu, mầm bệnh lại nước thải Các phản ứng diễn ao tảo chủ yếu "hoạt động cộng sinh tảo vi khuẩn" Sơ đồ ao nuôi tảo thâm canh 2.Các yếu tố cần thiết cho q trình xử lý nước thải tảo Dưỡng chất: Ammonia nguồn đạm cho tảo tổng hợp nên protein tế bào thơng qua q trình quang hợp Phospho, Magnesium Potassium dưỡng chất ảnh hưởng đến phát triển tảo Tỉ lệ P, Mg K tế bào tảo 1,5 : : 0,5 Độ sâu ao tảo: độ sâu ao tảo lựa chọn sở tối ưu hóa khả nguồn sáng q trình tổng hợp tảo Theo sở lý thuyết độ sâu tối đa ao tảo khoảng 4,5 ÷ inches (12,5cm) Nhưng thí nghiệm mơ hình cho thấy độ sâu tối ưu nằm khoảng ÷ 10 inches (20 ÷ 25cm) Tuy nhiên thực tế sản xuất, độ sâu ao tảo nên lớn 20cm (và nằm khoảng 40 ÷ 50 cm) để tạo thời gian lưu tồn chất thải ao tảo thích hợp trừ hao thể tích cặn lắng 107 108 Thời gian lưu tồn nước thải ao (HRT): thời gian lưu tồn nước thải tối ưu thời gian cần thiết để chất dinh dưỡng nước thải chuyển đổi thành chất dinh dưỡng tế bào tảo Thường người ta chọn thời gian lưu tồn nước thải ao lớn 1,8 ngày nhỏ ngày Lượng BOD nạp cho ao tảo: lượng BOD nạp cho ao tảo ảnh hưởng đến suất tảo lượng BOD nạp q cao mơi trường ao tảo trở nên yếm khí ảnh hưởng đến q trình cộng sinh tảo vi khuẩn Một số thí nghiệm Thái Lan cho thấy điều kiện nhiệt đới độ sâu ao tảo 0,35 m, HRT 1,5 ngày lượng BOD nạp 336 kg/(ha/ngày) tối ưu cho ao tảo suất tảo đạt 390 kg /(ha/ngày) Khuấy trộn hồn lưu: q trình khuấy trộn ao tảo cần thiết nhằm ngăn khơng cho tế bào tảo lắng xuống đáy tạo điều kiện cho dinh dưỡng tiếp xúc với tảo thúc đẩy q trình quang hợp Trong ao tảo lớn khuấy trộn ngăn q trình phân tầng nhiệt độ ao tảo yếm khí đáy ao tảo Nhưng việc khuấy trộn tạo nên bất lợi làm cho cặn lắng lên ngăn cản q trình khuếch tán ánh sáng vào ao tảo Moraine cộng viên (1979) cho tốc độ dòng chảy ao tảo nên khoảng cm/s Hồn lưu giúp cho ao tảo giữ lại tế bào vi khuẩn tảo hoạt động; giúp cho q trình thơng thống khí, thúc đẩy nhanh phản ứng ao tảo Thu hoạch tảo: tảo thu hoạch lưới giấy lược, thu hoạch cách tạo bơng cặn tách nổi, thu hoạch sinh học lồi cá ăn thực vật động vật khơng xương sống ăn tảo Xử lý nước thải thủy sinh thực vật có kích thước lớn Thủy sinh thực vật lồi thực vật sinh trưởng mơi trường nước, gây nên số bất lợi cho người việc phát triển nhanh phân bố rộng chúng Tuy nhiên lợi dụng chúng để xử lý nước thải, làm phân compost, thức ăn cho người, gia súc làm giảm thiểu bất lợi gây chúng mà thu thêm lợi nhuận Các loại thủy sinh thực vật Thủy thực vật sống chìm: loại thủy thực vật phát triển mặt nước phát triển nguồn nước có đủ ánh sáng Chúng gây nên tác hại làm tăng độ đục nguồn nước, ngăn cản khuyếch tán ánh sáng vào nước Do lồi thủy sinh thực vật khơng hiệu việc làm chất thải Thủy thực vật sống trơi nổi: rễ loại thực vật khơng bám vào đất mà lơ lửng mặt nước, thân phát triển mặt nước Nó trơi mặt nước theo gió dòng nước Rễ chúng tạo điều kiện cho vi khuẩn bám vào để phân hủy chất thải Thủy thực vật sống nổi: loại thủy thực vật có rễ bám vào đất thân phát triển mặt nước Loại thường sống nơi có chế độ thủy triều ổn định Một số thủy sinh thực vật tiêu biểu Loại 108 Tên thơng thường Tên khoa học 109 Thuỷ sinh thực vật sống chìm Thuỷ sinh thực vật sống trơi trơi Thuỷ sinh thực vật sống Hydrilla Hydrilla verticillata Water milfoil Myriophyllum spicatum Blyxa Blyxa aubertii Lục bình Eichhornia crassipes Bèo Wolfia arrhiga Bèo tai tượng Pistia stratiotes Salvinia Salvinia spp Cattails Typha spp Bulrush Scirpus spp Sậy Phragmites communis Nhiệm vụ thuỷ sinh thực vật hệ thống xử lý Phần thể Rễ và/hoặc thân Nhiệm vụ Là giá bám cho vi khuẩn phát triển Lọc hấp thu chất rắn Thân /hoặc mặt nước phía mặt nước ắnHáp thu ánh mặt trời đóẳngn cản phát triển tảo làm giảm ảnh hưởng gió lên bề mặt xử lý Làm giảm trao đổi nước khí Chuyển oxy từ xuống rể 109 110 Một số thuỷ sinh thực vật tiêu biểu Một số giá trị tham khảo để thiết kế ao Lục Bình để xử lý nước thải Thơng số Số liệu thiết kế Chất lượng nước thải sau xử lý > 50 ngày BOD5 < 30mg/L 200 m3/(ha.day) TSS < 30 mg/L Nước thải thơ • Thời gian lưu tồn nước • Lưu lượng nạp nước thải • Độ sâu tối đa • Diện tích đơn vị ao • Lưu lượng nạp chất hữu < 30kg BOD5/(ha.day) • Tỉ lệ dài : rộng ao >3:1 < 1,5 m 0,4 Nước thải qua xử lý cấp I • 110 Thời gian lưu tồn > ngày BOD5 < 10mg/L 111 nước 800 m3/(ha.day) TSS < 10 mg/L Độ sâu tối đa 0,91 m TP < mg/L • Diện tích đơn vị ao 0,4 TN < mg/L • Lưu lượng nạp chất hữu < 50kg BOD5/(ha.day) • Tỉ lệ dài : rộng ao >3:1 • Lưu lượng nạp nước thải • O'Brien (1981) trích dẫn Chongrak Polprasert (1989) III.CÁNH ĐỒNG CHẢY TRÀN Là phương pháp xử lý nước thải nước thải cho chảy tràn lên bề mặt cánh đồng có độ dốc định xun qua trồng sau tập trung lại kênh thu nước Mục đích: • • Xử lý nước thải đến mức q trình xử lý cấp II, cấp III Tái sử dụng chất dinh dưỡng để trồng thảm cỏ tạo vành đai xanh Hiệu suất xử lý SS, BOD5 hệ thống từ 95 ÷ 99%, hiệu suất khử nitơ khoảng 70 ÷ 90%, phospho khoảng 50 ÷ 60% Các điểm cần lưu ý cho q trình thiết kế: • • • • Đất thấm nước sét sét pha cát Lưu lượng nạp nước thải thơ 10 cm/tuần Lưu lượng nạp nước thải sau xử lý cấp I 15 ¸ 20 cm/tuần Lưu lượng nạp nước thải sau xử lý cấp II 25 ¸ 40 cm/tuần Độ sâu mực nước ngầm khơng cần thiết Độ dốc khoảng ÷ 4%, chiều dài đường nước thải khơng nhỏ 36 m Thời gian nạp kéo dài ÷ sau cho đất nghỉ 16 ÷ 18 giờ, vận hành ÷ ngày/tuần Tính lượng BOD5 TOC bị khử theo cơng thức: BOD5: 111 112 TOC: C: BOD5 TOC cần đạt nước thải đầu C0: BOD5 TOC nước thải đầu vào A A': hệ số thực nghiệm khả khử BOD5 TOC hệ thống K k': số thực nghiệm tốc độ khử BOD5 TOC hệ thống K k' = k/qn k n: hệ số thực nghiệm q: lưu lượng nạp nước thải cho hệ thống 0,1 ÷ 0,37 m3/hr.m (theo chiều dốc) Các giá trò k n Loại nước thải Các hệ số k n BOD5 0,043 0,136 TOC 0,038 0,170 BOD5 0,030 0,402 TOC 0,032 0,350 Nước thải sau xử lý cấp I Nước thải sau xử lý cấp II Tỉ lệ BOD5 TOC lại theo chiều dài đường nước thải thôvà nước thải xử lý cấp I Các giá trò A A' biến đổi lớn theo q để áp dụng tính toán người ta dùng biện pháp qui chiếu từ đồ thò sau: 112 113 IV GIỚI THIỆU CÁC CƠ CHẾ TRONG CÁNH ĐỒNG LỌC Trong mơi trường tự nhiên, q trình lý, hóa sinh học diễn đất, nước, sinh vật khơng khí tác động qua lại với Lợi dụng q trình này, người ta thiết kế hệ thống tự nhiên để xử lý nước thải Các q trình xảy tự nhiên giống q trình xảy hệ thống nhân tạo, ngồi có thêm q trình quang hợp, quang oxy hóa, hấp thu 113 114 dưỡng chất hệ thực vật Trong hệ thống tự nhiên q trình diễn vận tốc "tự nhiên" xảy đồng thời hệ sinh thái, trong hệ thống nhân tạo q trình diễn bể phản ứng riêng biệt 1.Xử lý nước thải cánh đồng lọc Giới thiệu Xử lý nước thải cánh đồng lọc việc tưới nước thải lên bề mặt cánh đồng với lưu lượng tính tốn để đạt mức xử lý thơng qua q trình lý, hóa sinh học tự nhiên hệ đất - nước - thực vật hệ thống Ở nước phát triển, diện tích đất thừa thải, giá đất rẻ việc xử lý nước thải cánh đồng lọc coi biện pháp rẻ tiền Xử lý nước thải cánh đồng lọc đồng thời đạt ba mục tiêu: • • • Xử lý nước thải Tái sử dụng chất dinh dưỡng có nước thải để sản xuất Nạp lại nước cho túi nước ngầm So với hệ thống nhân tạo việc xử lý nước thải cánh đồng lọc cần lượng Xử lý nước thải cánh đồng lọc cần lượng để vận chuyển tưới nước thải lên đất, xử lý nước thải biện pháp nhân tạo cần lượng để vận chuyển, khuấy trộn, sục khí, bơm hồn lưu nước thải bùn Do sử dụng thiết bị khí, việc vận hành bảo quản hệ thống xử lý nước thải cánh đồng lọc dễ dàng tốn Tuy nhiên, việc xử lý nước thải cánh đồng lọc có hạn chế cần diện tích đất lớn, phụ thuộc vào cấu trúc đất điều kiện khí hậu Tùy theo tốc độ di chuyển, đường nước thải hệ thống người ta chia cánh đồng lọc làm loại: • • • Cánh đồng lọc chậm (SR) Cánh đồng lọc nhanh (RI) Cánh đồng chảy tràn (OF) Các chế xử lý nước thải cánh đồng lọc a) Các chế lý học: Khi nước thải ngấm qua lổ rỗng đất, chất rắn lơ lửng bị giữ lại q trình lọc Độ dày tầng đất diễn q trình lọc biến thiên theo kích thước chất rắn lơ lửng, cấu trúc đất vận tốc nước thải Lưu lượng nước thải cao, hạt đất lớn bề dày tầng đất diễn q trình lọc lớn Đối với cánh đồng lọc chậm lưu lượng nước thải áp dụng cho hệ thống thấp nên chất rắn lơ lửng có kích thước lớn bị giữ lại bề mặt đất, chất rắn lơ lửng có kích thước nhỏ vi khuẩn bị giữ lại vài centimet đất mặt Các chất hòa tan nước thải bị pha lỗng nước mưa, q trình chuyển hóa hóa học sinh học loại bỏ chất Tuy nhiên vùng khơ hạn có tốc độ bốc nước cao, chất bị tích tụ lại (ví dụ muối khống) Một điều khác cần ý hàm lượng chất lơ lửng q cao lắp đầy lổ rỗng đất làm giảm khả thấm lọc đất, 114 115 làm nghẹt hệ thống tưới Trong trường hợp ta nên cho cánh đồng lọc "nghỉ" thời gian để q trình tự nhiên phân hủy chất rắn lơ lửng tích tụ này, phục hồi lại khả thấm lọc đất Các loại đất lưu lượng nước thải ứng dụng cho cánh đồng lọc b) Các chế hóa học: Hấp phụ kết tủa hai chế xử lý hóa học quan trọng q trình Q trình trao đổi cation chịu ảnh hưởng khả trao đổi cation đất (CEC), thường khả trao đổi cation đất biến thiên từ ÷ 60meq/100g Hầu hết loại đất có CEC nằm khoảng 10 ÷ 30 Q trình trao đổi cation quan trọng việc khử nitogen amonium Phospho khử cách tạo thành dạng khơng hòa tan Ở vùng khơ hạn khó tránh khỏi việc tích tụ ion Natri làm phá hủy cấu trúc đất giảm khả thấm lọc đất Để đánh giá mức độ nguy hại q trình người ta thường dùng tỉ lệ hấp phụ natri (SAR) 115 116 Na, Ca, Mg nồng độ cation tương ứng có nước thải tính meq/L Khi dùng cánh đồng lọc để xử lý nước thải công nghiệp cần phải có bước tiền xử lý nhằm khống chế pH nước thải khoảng 6,5 ¸ để không làm hại thảm thực vật Nếu nước thải có SAR cao phải tìm cách loại bỏ Natri để khống chế SAR không lớn ¸ 10 c) Cơ chế sinh học: Các trình sinh học thường diễn phần rể thảm thực vật Số lượng vi khuẩn dất biến thiên từ ¸ tỉ/g đất, đa dạng chúng giúp cho trình phân hủy chất hữu tự nhiên nhân tạo Sự diện hay không oxy khu vực ảnh hưởng lớn đến trình phân hủy sản phẩm cuối hệ thống Hàm lượng oxy có khu vực tùy thuộc vào cấu trúc (độ rỗng) đất Do phân hủy vi sinh vật đất, chất nitrogen, phosphorus, sulfur chuyển từ dạng hữu sang dạng vô phần lớn đồng hóa hệ thực vật Lưu ý trình khử nitrát diễn lưu lượng nạp chất hữu cao, đất mòn, thường xuyên ngập nước, mực thủy cấp cao, pH đất trung tính kiềm nhẹ, nhiệt độ ấm Các mầm bệnh, ký sinh trùng bò tiêu diệt tồn bên ký chủ thời gian dài, cạnh tranh với vi sinh vật đất, bám phận thảm thực vật sau bò tiêu diệt tia UV xạ mặt trời CÁNH ĐỒNG LỌC CHẬM Cánh đồng lọc chậm hệ thống xử lý nước thải thơng qua đất hệ thực vật lưu lượng nước thải nạp cho hệ thống khoảng vài cm/tuần Các chế xử lý diễn nước thải di chuyển đất thực vật, phần nước thải vào nước ngầm, phần sử dụng thực vật, phần bốc thơng qua q trình bốc nước hơ hấp thực vật Việc chảy tràn khỏi hệ thống khống chế hồn tồn có thiết kế xác Lưu lượng nạp cho hệ thống biến thiên từ 1,5 ÷ 10 cm/tuần tùy theo loại đất thực vật Trong trường hợp trồng sử dụng làm thực phẩm cho người nên khử trùng nước thải trước đưa vào hệ thống ngừng tưới nước thải tuần trước thu hoạch để bảo đảm an tồn cho sản phẩm Để thiết kế hệ thống ta cần cơng thức tính tốn sau: Lh + Pp = ET + W + R (7.1) 116 117 Lh: lưu lượng nước thải nạp cho hệ thống (cm/tuần) Pp: lượng nước mưa (cm/tuần) ET: lượng nước bay q trình bốc nước hơ hấp thực vật (cm/tuần) W: lượng nước thấm qua đất (cm/tuần) R: lượng nước chảy tràn (cm/tuần) (= thiết kế xác) I: khả thấm lọc đất, mm P": ẩm độ cuối đất, % trọng lượng P': ẩm độ ban đầu đất, % trọng lượng S: tỉ trọng đất D: bề dày lớp đất ẩm tưới nước thải Sơ đồ di chuyển nước thải cánh đồng lọc chậm Ví dụ: ẩm độ đất trước tưới nước thải 19% khả thấm lọc đất 1.000 m3/ha tỉ trọng đất 1,5 117 118 bề dày lớp đất ẩm tưới nước thải 90 cm Lượng nước bay hơ hấp thực vật 250mm/tháng Xác định chu kỳ tưới nước thải, ẩm độ đất sau tưới nước thải? Giải: Ta có: I = 1.000m3/10.000m2 = 0,1 m = 100 mm ⇒ P" = 27,3% Chu kỳ tưới nước thải: = 12 ngày Như ta dùng ngày cho việc tưới tiêu ngày đất nghỉ để q trình phân hủy chất rắn lơ lửng xảy hồi phục khả tưới tiêu đất Ngồi q trình tưới tiêu vào mùa mưa nên tính đến lượng nước mưa tuần theo phương trình 7.1 Mực thủy cấp phải thấp mặt đất 0,6 ¸ 1,0 m để tránh vấn đề nhiễm nước ngầm Độ dốc cánh đồng có trồng trọt khơng lớn 20%, cánh đồng khơng trồng trọt sườn đồi khơng lớn 40% Khả khử BOD5, SS coliform khoảng 99% Nitơ bị hấp thu thảm thực vật thực vật thu hoạch chuyển nơi khác hiệu suất đạt đến 90% CÁNH ĐỒNG LỌC NHANH Xử lý nước thải cánh đồng lọc nhanh việc đưa nước thải vào kênh đào khu vực đất có độ thấm lọc cao (mùn pha cát, cát) với lưu lượng nạp lớn Các điều kiện địa lý độ thấm lọc đất, mực thủy cấp quan trọng việc ứng dụng phương pháp Nước thải sau thấm lọc qua đất thu lại ống thu nước đặt ngầm đất giếng khoan Mục tiêu phương pháp xử lý là: • • Nạp lại nước cho túi nước ngầm, nước mặt Tái sử dụng chất dinh dưỡng trử nước thải lại để sử dụng cho vụ mùa Phương pháp giúp xử lý triệt để loại nước thải ngăn chặn xâm nhập mặn nước biển vào túi nước ngầm Tuy nhiên dạng đạm hữu chuyển hóa thành đạm nitrát vào nước ngầm, vượt q tiêu chuẩn 10mg/L sử dụng chúng làm nước sinh hoạt gây bệnh methemoglobinenia trẻ em khu vực xử lý nằm tình trạng yếm khí H2S sinh làm nước ngầm có mùi Hiệu suất xử lý SS, BOD5, coliform phân hệ thống gần triệt để, hiệu suất khử nitơ khoảng 50%, phospho khoảng 70 ÷ 95% Các điểm cần lưu ý cho q trình thiết kế lưu lượng nạp nước thải 10 ÷ 250 cm/tuần Thời gian nạp kéo dài 0,5 ÷ ngày sau cho đất nghỉ ÷ ngày Độ sâu mực nước ngầm từ ÷ m Độ dốc thường nhỏ 5% 118 119 Để xác định khả thấm lọc đất người ta thường khoan lổ đường kính 100 ÷ 300 cm Đáy lổ nằm ngang mực với tầng đất cần cho thiết kế, đổ đầy nước, độ thấm lọc xác định theo hai cách: độ sâu lớp nước rút khoảng thời gian định thời gian cần thiết để nước lổ rút xuống mức Để xác định lượng nitơ bị khử người ta dùng cơng thức: Nt: tổng lượng nitrogen bị khử mg/L TOC: tổng lượng carbon hữu nước thải ban đầu mg/L -5 lượng TOC lại sau nước thải thấm qua lớp đất dày 1,5 m mg/L /2 thực nghiệm cho thấy cần gcarbon hữu để khống hóa 1g nitơ Lưu lượng nạp nước thải: Lw = (IR in/h) (1 ft/12 in) (24 h/d) (OD d/yr) (F) Lw: lưu lượng nước thải nạp hàng năm; ft/yr IR: tốc độ thấm lọc đất; in/h OD: số ngày vận hành năm; d F: hệ số thấm lọc cho loại hình xác định độ thấm lọc F: 10 ÷ 15% giá trị thấm lọc nhỏ thử nghiệm kênh đào F: ÷ 10% giá trị thấm lọc đo độ dẫn nước đất theo chiều đứng Ghi chú: nên cộng thêm diện tích cho đường nội bộ, khu vực trữ, khu vực đệm dự trù mở rộng tương lai 119 ... cơng trình xử lý nước thải cơng nghiệp hỗn hợp nước thải sinh hoạt cơng nghiệp cần thiết phải xác định BOD COD pH nước thải pH nước thải có ý nghĩa quan trọng q trình xử lý Các cơng trình xử lý nước. .. CÁC QUI TRÌNH XỬ LÝ Sử dụng bể tự hoại bãi lọc ngầm để xử lý sơ nước thải sinh hoạt Phần thiết kế bể tự hoại bãi lọc ngầm trình bày kỹ mơn Xử Lý Nước Thải II 26 27 Các qui trình để xử lý nước cống... Quản lý nguồn nước ……………………………………………….99 QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI TỰ NHIÊN…………………… 105 I Q trình tự làm nguồn nước ……………………… 105 Q trình tự làm nguồn nước ……………………… 105 Q trình xáo trộn nước thải ………………………………106